潔淨室節能的十種技巧

一、低斷麵風速設計
斷麵風速就是（shì）空氣處理部件中空氣經過過濾（lǜ）器或者加熱（rè）/冷卻盤（pán）管的速度。低斷麵風速（sù）（LFV）設計使（shǐ）用更大的空氣處理器和較小的風機，從而降低空氣的流速，降低能（néng）耗和設備壽命成本。大（dà）部分工程師根據“經驗"把空氣處理器設計成500英寸/分鍾。這樣的（de）設計（jì）雖然節省時（shí）間，但是卻（què）增（zēng）加了（le）運作（zuò）費用。在低（dī）斷麵風速（LFV）設計中，使用更大的空（kōng）氣處理器和更（gèng）小的風機，從而降低空氣的（de）流（liú）速，降低能耗和設壽命成本。壓降決定了風機的能（néng）量損耗。由“平方定則"可知壓降與速度下降的平方成正比。如果（guǒ）斷麵風速降（jiàng）低（dī）20%，那麽（me）壓降將下降（jiàng）36%；如果斷麵風速降低50%，壓降將下降四分之三（sān）。根據“立方定則"，風機能（néng）耗的變化與流（liú）量變化的立（lì）方成正比。如果空氣流量降低50%，風機能耗將下降88%。因此，較大尺寸（cùn）的空氣處理器、較大的過濾器和盤管麵積消耗（hào）較少的風機能量，可以使用比較小的（de）風機和馬（mǎ）達。小風機給（gěi）空氣添加的（de）熱（rè）量比較少，降低（dī）了冷卻的難度。厚度小的盤管（guǎn）更容（róng）易清洗、工作效率更（gèng）高，所以冷凍水的溫度可以更高。過濾（lǜ）器在低斷麵風速情況下，工作效果更（gèng）好、壽命更（gèng）長。LFV設計減少了空氣和水的（de）壓降，減小了冷卻盤管的帶水量。流線型設計（jì），幾乎沒有尖角，從而使壓降減少10%到15%。LFV設計也可以把壓降降（jiàng）低四分之一。目標是使能量損耗降低至少25%，減小變速風機的大小。較好的斷麵風速範圍是250-450英尺/分鍾（zhōng），具體取決於使用情況和能量消耗。
二、換氣（qì）次數
潔淨室維持一定的空氣流量（liàng）來保持清潔度和顆粒數。流量根據每小時的（de）換氣次數來確定，同時這（zhè）也決（jué）定了風機尺寸、建築構型（xíng）和能量消耗。在保持潔（jié）淨度的前提條件下，空氣流速的降低可以（yǐ）降低建（jiàn）造及能耗成本。換氣次數降低20%就可以（yǐ）使風機的尺寸降低50%。空氣潔淨度比節約能耗更重要，但是最新的研究成果已經有降低潔淨成本的（de）記載了。關於最佳換（huàn）氣次數還沒有達成共識。許多原則都已過時（shí），是建立在老觀念上，采用低效的空氣過濾器。調查顯示，ISO第5級標準的潔淨室推薦的換氣次數變化範圍是從250到（dào）700以上。美國的一（yī）所國家實（shí）驗室（shì）正在確定ISO第5級潔淨室的標準。研究顯示，實際換氣次數範圍是（shì）90到250――比操作規程標準低（dī）很多，而且不會影響生產和（hé）潔淨度。因此（cǐ）建議ISO第5級潔淨室的換氣次數大約是200，保守的上限是300。
三（sān）、馬達效率
馬達消耗了潔淨室的大部分電（diàn）能。連續運（yùn）轉的馬達每月消（xiāo）耗大（dà）量的電力。適當地提高效率、適當（dāng）地調節尺寸，在翻（fān）新後，經濟效果多半是不錯的（de）。效率增（zēng）加幾（jǐ）個百分點，利潤就可增加。使用優質高效的馬達，不（bú）一定會花費太多。高效率意味著最小，在改變馬達的尺寸之前先盡量減小負荷。在輸出量變化（huà）時，利用變速驅動（VSD）可以（yǐ）提高操作效率。
四、變速驅動的冷凍機
變速驅動冷凍機能節省大量的能量和金錢。許多（duō）潔淨室的設計人員和操作（zuò）人員認為，沒有必要使用變速驅動冷凍機，因為負荷通常是恒定的，多級冷（lěng）凍機機組通常控製為高負荷運轉。但是負荷恒定的冷凍機通常工作在滿負荷以下。變速驅動冷凍機（jī）通（tōng）常工作在全負荷的90%-95%以節省能量。一台1000噸的冷凍機穩定工作在滿（mǎn）負荷的70%，如果使用了（le）變速（sù）驅動，每年就可（kě）節省兩萬到三萬美元。根據生產（chǎn）商的數據，電（diàn）能的價格是0.05美（měi）元/千瓦時，這樣大約一年就可以回收成（chéng）本。
多（duō）級冷凍機冷（lěng）水式機組很少（shǎo）高負荷（hé）運轉。通常情況下，現場負荷（hé）通常不是正好匹配機組的能（néng）級變化。許多操作人員（yuán）運行額外的冷凍機以求可靠，一旦某個冷凍（dòng）機發生故障，其它的冷凍機可以立刻補（bǔ）充，接替其全部負荷，因此冷水（shuǐ）式機組經常是讓冷凍機在製冷能力的60%到80%運轉。在購買新冷（lěng）凍機的時候，指ding購買變（biàn）速驅動冷凍機是劃算的。用變速驅動（dòng）冷凍機可降低能耗（hào），同時（shí）讓其他（tā）冷凍機可靠性運行（háng）。有許多的研究和實驗證明，變速驅動冷凍機的（de）效果是很好的。二十多年來，變速驅動冷凍機製造廠商（shāng）製造出更可靠性的產品，用在（zài）新建的和升級的潔淨工廠裏麵。
五、雙溫度冷（lěng）凍循環
冷凍係（xì）統通常設計成可以承受最大負（fù）荷，不管最（zuì）大負荷發生得是否頻繁。流程中處於（yú）冷凍循環的冷凍水溫度，是由所有（yǒu）負荷中隻占一小部分的極duan熱負荷來（lái）確定，這隻是（shì）許多情況中的一兩種。這會造成冷凍能力過剩（shèng），在負荷不足的情況下效率（lǜ）低下。當供給的冷凍水的溫度較低時，冷凍（dòng）機的工（gōng）作效（xiào）率也（yě）會很低。平均來說，冷凍水（shuǐ）的供給溫度每（měi）增加一華氏度，冷凍器效率就提高一個百分點以（yǐ）上。如果劃分負荷，提供（gòng）兩個不（bú）同溫度的冷凍（dòng）水，那麽工作效率將（jiāng）會更高。設計者可以使用並聯循環管路，將他們分成兩個子係統，這樣可以在需要最大冷（lěng）量（liàng）的時候，冷凍機（jī）可以工（gōng）作在相對不很苛刻（kè）的條件下。設計人員可以使用並聯循（xún）環管路，將他們成（chéng）兩個子係統，這樣可以在需（xū）要最大冷（lěng）量的時候，冷凍機可以工作在相（xiàng）對不很（hěn）苛刻的條件下。用專用冷凍機進行中（zhōng）等溫度的循環（例如55℉到65℉），它的運作是針（zhēn）對冷凍水的溫度（dù）進行優化的，可以滿足工廠的大部分（fèn）需要。另一個較（jiào）小的高效冷凍機提供溫度（dù）較低的循環（例如：39℉到43℉），可以滿足（zú）負荷中要求苛刻的部分。這個（gè）方案（àn）可以（yǐ）迅（xùn）速增加整個冷凍機機（jī）組的效率提（tí）高（gāo）百分之二十五或更（gèng）多（duō）。對於相同容量的冷（lěng）凍機，高（gāo）溫工作要比低溫工作花費（fèi）小得多。
六、冷卻塔的優（yōu）化
高效冷卻塔通（tōng）過降低冷凝水的供給溫度（dù）來提高冷凍機（jī）效率。所有的冷卻塔（tǎ）都應該並聯工作，在表麵積增加的情況下蒸發（fā）冷，效果卻達到最佳。從冷凍機中（zhōng）每輸出一噸冷凍水，一般的冷卻塔需要100瓦的（de）能量。效率提高可高達十倍（bèi），例如采用更為接近入口、出口溫差、更有效的氣流設計、優質高效的（de）配有變速（sù）驅（qū）動馬（mǎ）達的風機、減少高度以限製（zhì）泵的（de）揚程以及增（zēng）加填充麵積（選擇大尺寸的塔）等。不（bú）同的外界空氣的濕溫（wēn）度和冷卻水的供給溫度（dù），這個溫差（chà）有所不同（tóng），應（yīng）該控製在3℉到5℉之間。所（suǒ）有（yǒu）的冷卻塔都應該並聯工作，在表麵積增加的情況下蒸發冷（lěng）卻達到（dào）最佳。許（xǔ）多任務（wù）廠使用多級塔，它們使用（yòng）單速或雙（shuāng）速的風機，並且把塔分成不同的階段。一個塔全速運轉直到負荷超過它的承（chéng）受能力（lì），然後另一個塔開啟，它工（gōng）作在（zài）較低或較高的功率狀態。這個方案可以導致冷卻塔負（fù）荷出現較大的、不斷遞增的變（biàn）化，頻繁地低於或者超過要（yào）求的額定值，從而出現鋸齒（chǐ）狀的能耗狀況（kuàng），降低冷凍機的效率。
七、自由冷卻
使用外（wài）麵的空氣進（jìn）行冷卻是經濟的，在商業大樓（lóu）得到廣泛采用。另外一種“自由冷（lěng）卻"方案適用於需要恒定的冷凍水以及風機盤管的係統，比如潔淨室。自由冷卻技術直接利用處在（zài）低溫或低濕度環（huán）境中的冷卻塔製造冷凍水（shuǐ），減少（shǎo）或取代（dài）冷凍機的使用。根據天（tiān）氣的變化，使用自由冷卻係統可以把冷卻係統的耗能（néng）減（jiǎn）少到十分之一（從0.5千瓦/冷噸減少（shǎo）到0.05千瓦/冷噸（dūn））。直接與工藝負荷進行熱交換，可以使自由冷（lěng）卻技術利用外麵溫度較高的（de）大氣，要比用在（zài）二級或者（zhě）三級熱交換係統（tǒng）進（jìn）行熱交換的時間長出若幹個小時。由板式（shì）熱交換器分隔開（kāi）來的冷（lěng）卻水和冷凝水之（zhī）間的溫差很接近（比如隻有2℉）。當溫度和（hé）濕度相當低時，冷卻（què）塔可以獨立運行，無需風（fēng）機。根據溫濕圖，很多（duō）地方每年有很多的時間都可以進（jìn）行自由冷卻。
八、熱量（liàng）回收
許多任務廠都要消耗大量的能量來製（zhì）熱，同時又消耗更（gèng）多的能量從工藝過程中移除“廢"熱，卻沒有（yǒu）把這兩個過程結合起來。回（huí）收的熱量可以用來預熱新風，送（sòng）風再熱，以（yǐ）及其它用途。AHU預熱盤管可（kě）以用（yòng）廢水預熱外（wài）來的空氣（在炎熱的天氣下也可（kě）預冷）。再熱盤管可以從（cóng）空氣壓縮機或者冷凍機的冷凝器回水中回收廢熱，同時節省了冷凍機能量和鍋爐燃料。熱交換器可以使不能混（hún）合（hé）或者直接接觸的不同介質進行熱量交換。
九、變（biàn）頻泵
過去（qù）配備變頻驅動的設備經常出現故障，而且控製複雜，所（suǒ）以很多工程師和管理人員不願意使用變頻驅動。可靠性（xìng）比節能更重（chóng）要，而老的變頻驅動可靠性差。最近十年中，變頻驅動可靠性提高了，價格降低了。許多關鍵係統現在都在使用變頻驅動。在潔淨室中的許多係（xì）統和（hé）各類的泵上使用變頻驅動是安全和劃算（suàn）的。實際上，可（kě）以證明考慮投資回收率卻不使用變頻驅動是不負責任（rèn）的，因為其投資回收期不滿一年。冷凍（dòng）水和冷凝水的泵係（xì）統流量變化較大，冷凍水和冷凝水係統（tǒng）有（yǒu）最小流量要求，基本上在50%到75%之間。根據“立（lì）方定則"，流量減少很小，就會產生可觀（guān）的能量節約。流量減少20%，就會產（chǎn）生幾乎50%的泵（bèng）功率（lǜ）下降。大（dà）多數已知的冷凍水係（xì）統使用一級泵定（dìng）流量/二級泵變流量（liàng）設計，二級泵采用變頻驅動。使用變頻驅（qū）動（dòng）時，所有冷凍水要使用雙道通（tōng）閥，否則（zé）就失去使用變頻泵的意義了。新建工廠時，使（shǐ）用變流量一級泵係統，不（bú）再需要二級泵，節省了工程費用。運行適當，這套簡單可靠的係統可以通過冷凍機中的冷凍水（shuǐ）流量（liàng）變化而節約大量能源。
十、離心式壓縮機
空氣壓縮機的改進節約了大量能源。離心式壓縮機是無油的，比螺杆（gǎn）式壓縮機的效（xiào）率高（gāo）很多。但是離心式壓縮機不能空轉（zhuǎn）,即低負荷工況對離（lí）心（xīn）機運行是極為不利的（>30%），這使得他（tā）們在（zài）負載低的情況下（xià）效率很低。zui有效和經濟的辦法是離（lí）心式和螺杆式壓縮機兩者結合使用。選用離心機組滿足基本負（fù）荷，再用小一（yī）些的螺杆式機組滿足峰值負荷。壓縮機組應該配有熱（rè）回收係統。另一種方案是整個現場（chǎng）用高效的離心式壓縮機作為一個（gè）大的壓縮空氣裝置，外加（jiā）大的儲氣罐和連接管道作為緩衝器。這（zhè）樣可以保證整個工廠維持一個恒定載荷，減輕加載與卸載對設備的損耗，並且降（jiàng）低能量浪費（fèi）。